Dudas sobre los requisitos de ruido de la fuente de alimentación del host de los transceptores SFP+ para 10 Gigabit Ethernet

Estoy tratando de diseñar una placa con un solo transceptor SFP+ 10 Gigabit Ethernet, pero descubrí que los requisitos de ruido de la fuente de alimentación se especifican de manera indirecta y compleja. Si alguien tiene experiencia en el diseño de 10 Gigabit Ethernet, sus respuestas serán muy apreciadas.

En SFF-8431 Especificaciones para el módulo enchufable de factor de forma pequeño mejorado SFP+ , página 17, dice

2.8.2 SALIDA DE RUIDO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEL HOST El host debe generar un ruido RMS de espectro integrado ponderado efectivo inferior a 25 mV en el rango de frecuencia de 10 Hz a 10 MHz, de acuerdo con los métodos de D.17.1

2.8.3 SALIDA DE RUIDO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEL MÓDULO El módulo debe generar menos de 15 mV RMS de ruido en el punto X de la Figura 56 en el rango de frecuencia de 10 Hz a 10 MHz, según los métodos de D.17.2

Aquí, los requisitos de ruido de la fuente de alimentación son bastante simples: menos de 25 mVrms en un ancho de banda de medición de 10 MHz. También dice que los módulos en sí mismos no deberían inyectar demasiado ruido en el host; dado que estamos diseñando un host, no es nuestro problema.

Más adelante, en la página 96, se da la metodología de prueba.

D.17 METODOLOGÍA DE PRUEBA DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN El filtro de la fuente de alimentación de referencia que se muestra en la Figura 56 se proporciona para la prueba del módulo, incluida la prueba de tolerancia de la fuente de alimentación. Este filtro cumplirá con los requisitos de filtrado de ruido en la mayoría de los sistemas anfitriones. Se pueden usar otras implementaciones de filtrado o regulaciones locales para cumplir con los requisitos de salida de ruido de potencia descritos en 2.8.2 y 2.8.3.

Para cada Vcc, la suma de las resistencias en serie equivalentes del inductor de 4,7 uH, el capacitor de 22 uF y la resistencia de amortiguamiento es 0,5 Ω. Esta resistencia es deseable tanto en los filtros anfitriones reales como en el filtro de referencia; sin embargo, cualquier caída de voltaje a través de una red de filtro en el host se cuenta contra la especificación de precisión de VccT y VccR del host en la Tabla 8.

Dice que se permiten otros filtros, pero para proponer escribir una especificación, se supone que la fuente de alimentación del host usa el filtro LC de referencia aquí; tiene sentido.

Entonces las cosas se complican. En la página 97

D.17.1 SALIDA DE RUIDO DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEL HOSTLa salida de ruido de un suministro Vcc de un host se define con una carga resistiva que extrae la potencia nominal máxima (1 W o 1,5 W) conectada entre un contacto Vcc y Vee, en lugar del módulo SFP+. Cuando se mide el ruido en VccT, VccR se deja en circuito abierto y viceversa. Se utilizan 8 Ω para un host capaz de admitir el nivel de potencia II y 12 Ω en caso contrario. El espectro de voltaje de CA se mide en el lado del módulo del conector SFP+. El espectro de potencia de ruido se divide por la respuesta truncada del filtro de referencia y luego se integra de 10 Hz a 10 MHz y se convierte en voltaje. Esta función se ilustra en la siguiente ecuación y en la Figura 57. El límite de especificación se da en 2.8.2. La prueba se realiza con todas las demás partes de la placa/sistema host activas. Los hosts con múltiples módulos SFP+ deberán probar los puertos uno a la vez,

$H(f) = a \times (log_{10}(f)) ^ 4 + b \times (log_{10}(f))^3 + c \times (log_{10}(f))^2 + d \times log_{10}(f) + e$

La respuesta del filtro de referencia H(f) que se muestra en la Figura 57 y los coeficientes a, b, c, d y e para las 5 bandas de frecuencia se definen en la Tabla 32.

NOTAS: dado que una fuente de alimentación con carga ligera puede generar más ruido que una fuente con carga completa, el implementador del host puede desear evaluar la salida de ruido de la fuente de alimentación del host también con un consumo de corriente inferior al máximo. Debido a que una pequeña señal de ruido medida a altas frecuencias se multiplica para dar el ruido inferido en el punto virtual X, se debe tener cuidado con el ruido de fondo del analizador de espectro. Podrían utilizarse otros métodos de medición, por ejemplo, una medición en un punto dentro del anfitrión, con la debida consideración de cualquier diferencia entre el filtro de referencia y el filtro real del anfitrión.

Pregunta

Esto plantea varias preguntas.

1. ¿Cuál es la intención de la metodología de medición indirecta aquí?

Si lo estoy leyendo correctamente, para determinar el ruido de la fuente de alimentación, primero, su fuente de alimentación utiliza preferiblemente el filtro LC de referencia dado. Luego toma una medida en la salida de la fuente de alimentación, en el conector SFP+. Finalmente, divide los resultados por la función de transferencia H(f) del filtro LC para "desincrustar" ese filtro y reconstruir el voltaje de ruido de la fuente de alimentación antes del filtro de referencia.

Por lo tanto, mide el ruido después del filtro, luego elimina el filtro. ¿Cuál es la motivación de la metodología de medición enrevesada aquí?

Un amigo sugirió que se debe a que todos los módulos SFP+ están conectados entre sí, medirlo después del filtro permite ver el ruido acoplado de otros módulos. Pero no es el caso. Cada módulo SFP+ tiene dos rieles, cada uno tiene su propio filtro LC y todos los puertos también se filtran por separado (por ejemplo, este diseño de referencia de FPGA de dos puertos muestra claramente 4 conjuntos de filtros, consulte la página 22, 23).

Mi mejor conjetura es que en el momento en que sale la energía en el VRM, el ruido puede ser aceptable. Pero más tarde, cuando pasa a través del filtro LC y luego se enruta por todo el tablero, se puede acoplar más ruido involuntariamente al riel solo después del filtro LC . El enfoque de medición y desembebido permite ver estos ruidos adicionales y, por lo tanto, brinda mediciones más precisas.

¿Alguien puede confirmar mi conjetura?

2. ¿Qué hacer si tengo un filtro diferente?

La especificación también dice que se permiten diferentes métodos de medición o diseños de filtros, pero...

Podrían utilizarse otros métodos de medición, por ejemplo, una medición en un punto dentro del anfitrión, con la debida consideración de cualquier diferencia entre el filtro de referencia y el filtro real del anfitrión.

¿Qué significa exactamente "con la debida consideración a cualquier diferencia entre el filtro de referencia y el filtro real de un host"? Por ejemplo, si estoy usando una topología de filtro diferente para mi fuente de alimentación, ¿tengo que caracterizar la respuesta de frecuencia de mi filtro y usar mi propia función de transferencia en lugar del filtro de referencia, o qué?

3. Herramientas, Código y Scripts

¿Existen herramientas, código o scripts existentes para realizar la desincrustación en esta medición? Necesito una implementación de referencia para asegurarme de que lo que estoy haciendo es correcto.